Основы Горного Производства. Калиниченко О. И., Зыбинский П. В., Хохуля А. В. Основы горного производства
 Скачать 18.24 Mb.
|
|
. Вентиляционная сеть шахты – это сис- тема соединенных между собой подземных выработок шахты, обеспечи- вающая направление движения воздуха для проветривания, включающая также источник тяги (вентилятор). Движение воздуха в вентиляционной се- ти поддерживается при помощи напора (или разрежения), создаваемого од- ним или несколькими вентиляторами. Различают четыре вида вентиляцион- ных соединений выработок: последователь- ное, параллельное, диагональное и комбини- рованное. Последовательным (рис.2.146) назы- вают такое соединение выработки, при кото- ром вентиляционная струя в объеме Q дви- жется последовательно по каждой выработке (1 2 3; 3 4, 4 5, 5 6 7 8) не разветвляясь. Параллельным соединением выработок называют такое соединение, при котором вы- работки в одном пункте (на рис. 2.147 – это пункт 3) разветвляются, а в другом общем пункте (6), соединяются в соответствии с чем, происходит разветвление воздушной струи, и ее слияние. На рисунке параллель- ными будут струи 3 4; 5 6 и 3 7; 8 6, каждая из которых, в свою очередь, Рис. 2.146. Последовательная схема вентиляционного соеди- нения выработок 149 представляет последовательное соединение нескольких выработок. Диагональным соединением называют такое соединение, при котором две параллельные выработки соединяются между собой еще одной (простое соединение), или несколькими дополнительными выработками (сложное соединение) (рис.2.148). Смешанным (комбинированным) соединением является вся система соединений выработок шахты, считая от устья воздухоподающей шахты и заканчивая диффузором вентилятора Рис. 2.147. Параллельная схема венти- ляционного соединения выработок Рис. 2.148. Диагональная схема венти- ляционного соединения выработок Схемы проветривания тупиковых выработок. В зависимости от дли- ны или глубины выработок и с учетом конкретных горно-геологических и горнотехнических условий, вентиляция таких выработок осуществляется с помощью вентиляторов местного проветривания и вентиляционных труб, а в некоторых случаях путем использования турбулентной диффузии и про- дольных перегородок. За счет диффузии разрешается проветривание горизонтальных выра- боток протяженностью не более 10 м, а вертикальных – глубиной не более 5 м. Местное проветривание тупиковых выработок с использованием вен- тиляторов производится нагнетательным, всасывающим и комбинирован- ным способами. 150 При нагнетательном способе проветривания (рис. 2.149) вентилятор 3 устанав- ливается на свежей струе вы- работки 1 на расстоянии не менее 10 м от устья проветри- ваемой выработки 2. Свежий воздух поступает в призабой- ное пространство по вентиля- ционным трубам 4, а загряз- ненный удаляется от забоя по выработке. Достоинства этого спо- соба: быстрое освобождение призабойного пространства от ядовитых газов после взрывных работ; возможность применения, как металлических труб, так и легких, эластичных труб из прорезиненной ткани. Расстояние уста- новки труб до забоя устанавливается в пределах S l 6 (где S - сечение выработки), но не более чем на 8 м в горизонтальной выработке, а в верти- кальной – не более чем на 5 м. Недостатком нагнетательного способа проветривания состоит в том, что удаление вредных газов и пыли происходит через всю выработку с не- большой скоростью, что при значительной длине выработки увеличивает время проветривания. Такой способ рекомендуется для проветривания вы- работок длиной до 300 м. При всасывающем спо- собе проветривания (рис. 2.150, а) вентилятор 3 уста- навливается в основной выра- ботке со стороны исходящей струи воздуха на расстоянии не менее 10 м от устья про- ветриваемой выработки 2 и отсасывает воздух по трубам 4 из призабойного простран- ства. Для эффективного про- ветривания максимальное от- ставание конца труб от забоя должно быть S l 3 Всасывающий способ целесообразен для проветри- вания протяженных вырабо- Рис. 2.149. Схема нагнетательного спо- соба проветривания вентиляторами Рис. 2.150. Схема всасывающего способа проветривания вентилятором 151 ток, поскольку независимо от длины выработка не загрязняется (за исклю- чением призабойной части) ядовитыми продуктами взрыва, что позволяет на части длины выработки начинать некоторые работы до полного удаления из забоя газов. Основной недостаток способа заключается в том, что в ходе провет- ривания у забоя не происходит интенсивного перемешивания воздуха. Зона разрежения, из которой вентилятором засасывается воздух, имеет неболь- шую глубину. Вследствие этого у забоя могут образовываться области за- стоя с повышенной концентрацией ядовитых газов. Поэтому такой способ не эффективен в выработках с большой площадью поперечного сечения. Кроме того, из-за необходимости близкого подвода конца трубопровода к забою, имеют место поломки труб при взрывных работах, а также, учиты- вая, что на участке от забоя до вентилятора в трубе нет избыточного давле- ния, исключается возможность применения труб из прорезиненного мате- риала. Частично последний недостаток устраняется путем размещения вен- тилятора 3 (если имеется возможность) в проветриваемой выработке с ис- пользованием в призабойной части трубопровода из металлических труб 5 (рис. 2.150, б). При комбинирован- ном способе (рис. 2.151) по длине выработки прокла- дывается трубопровод 4, по которому из забоя с помо- щью вентилятора 1 отсасы- вается загрязненный воз- дух, а в призабойной части – дополнительно трубопро- вод 3 для подачи к забою свежего воздуха вентилято- ром 2. Нагнетательный вен- тилятор 2 устанавливается за пределами зоны, загрязняемой вредными га- зами и пылью при взрывных работах, которая, в среднем, составляет около 50 м. Для устранения подсоса загрязненного воздуха нагнетающим вентиля- тором 2, его производительность принимается на 10-20% ниже производи- тельности всасывающего вентилятора 1 (при сооружении перемычки 5 на расстоянии 30 – 60 м от забоя), и на 30% ниже - при отсутствии перемычки. При любом способе проветривания производительность вентилятора местного проветривания не должна превышать 70% того количества возду- ха, которое подается к его всасу за счет общешахтной депрессии, иначе эти вентиляторы будут нарушать принятую схему вентиляции. Местное проветривание производится не только после взрывания Рис. 2.151. Схема комбинированный способ проветривания вентиляторами 152 шпуров в забое, но и в момент погрузки породы, бурения и других работ. Проветривание выработок с помо- щью скважин (рис. 2.152). При значитель- ной длине выработок, сравнительно не- большом расстоянии до земной поверхно- сти или при наличии вышерасположенно- го разведочного горизонта (на разведоч- ной шахте) целесообразно использовать для проветривания вентиляционные сква- жины. Предпочтение скважинному вари- анту проветривания отдается на основе технико-экономического сравнения этого способа с обычным при прокладке трубо- провода по всей выработке. Применение скважин позволяет ос- вободить выработку на основной ее длине от трубопровода. При бурении вентиляци- онных скважин можно получить дополни- тельную геологическую информацию о горных породах. Сами скважины, выполнившие функцию как вентиляционные, могут быть использованы для других технических целей – прокладки труб и кабе- лей, доставки длинномерных материалов и т.д. Скважины работают преимущественно во всасывающем режиме, а вентилятор устанавливается над устьем скважины. В соответствии с Прави- лами безопасности скорость движения воздуха по скважинам не ограничи- вается. При проведении горизонтальных горно-разведочных выработок наиболь- шее распространение получили нагнета- тельный и комбинированный способы проветривания с применением осевых вентиляторов типа ВМ (рис. 2.153) и СВМ. В качестве вентиляционных труб широко применяются гибкие вентиля- ционные трубы, изготовленные из спе- циальной хлопчатобумажной ткани с двухсторонним резиновым покрытием. Промышленностью выпускаются также гибкие трубы на основе капроновой ткани, комбинированной ткани (лавсан с хлопком) с покрытием резиной или по- Рис. 2.152. Варианты схем про- ветривания выработок вентиля- ционными скважинами Рис. 2.153. Вентилятор местного проветривания ВМ-6 153 лихлорвинилом. Наряду с гибкими получают распространение и жесткие трубопроводы из синтетических материалов, а также металлические трубы. Проветривание шурфов и стволов. В простейшем случае проветри- вание шурфов (при глубине до 10 м) может осуществляться с использовани- ем скоростного напора ветра. Для этого над устьем шурфа устанавливается щит или раструб (рис. 2.154), соединенный с трубопроводом, опущенным в шурф. Во всех других случаях проветривание шурфов и стволов осуществ- ляется с помощью вентиляторов. Проветривание шурфов и стволов шахт при проходке осуществляется путем нагнетания свежего воздуха по вентиляционным трубам (рис. 2.155, а). Этот способ эффективен при глубине ствола до 350 м и времени провет- ривания 30 мин. При большей глубине стволов нередко используется комбинирован- ная схема проветривания (рис. 2.155, б). В этом случае вентилятор 1 работа- ет по всасывающей схеме через трубы 2, а вентилятор 3, установленный на подвесном проходческом полке 4, работает по нагнетательной схеме, через металлические трубы 5. Наращивание труб производится с проходческого полка. Трубы крепятся к стенкам ствола, а на конец трубопровода устанав- ливается насадка, обеспечивающая эффективное проветривание с расстоя- ния 10-15 м при времени проветривания 20-30 мин. а) б) Рис. 2.154. Схемы проветривания неглубоких шурфов Рис. 2.155. Схемы проветривания ство- лов вентиляторами Расчет параметров проветривания тупиковых выработок и выбор вентилятора. Воздухопотребность разведочных выработок зависит от интенсивно- сти загрязнения воздушной среды и нормативных требований. Расчет необходимого количества воздуха Q (м 3 /с) производится по разным факторам (табл. 2.11): 1 - по числу людей, одновременно занятых в 154 подземных условиях в наиболее многолюдную смену; 2 - по пылевому фак- тору; 3 - по интенсивности выделения газов, образующихся при взрывных работах; 4 - по эффективной скорости движения воздуха; 5 - по «скрытой энергии» дочерних продуктов распада радона (при разведке месторождений радиоактивных руд); 6 - по суммарной мощности ДВС, работающих в выра- ботке. Таблица 2.11. Необходимое количество воздуха для проветривания выработки Фак тор Необходимое количество воздуха 1 n Q 1 , 0 ; где: 0,1- минимальное количество воздуха на одного че- ловека, м 3 /с; n - общая численность людей в наиболее многолюд- ную смену 2 n i q Q 1 ; где n - число действующих выработок, в которых вы- полняются работы, сопровождающиеся пылевыделением; q - ко- личество воздуха, необходимое для одного забоя, м 3 /с ; S V q miп ; miп V - минимальная скорость струи, обеспечивающая пы- леудаление ( miп V =0.35 м/с); S - площадь сечения выработки 3* n i q Q 1 ; где n - число тупиковых выработок, в которых в течение смены ведутся буровзрывные работы; q - количество воздуха, не- обходимое для каждой выработки, м 3 /с* ; 4 VS Q miп 60 ; где V - минимальная скорость движения воздуха по выработке, равная 0,15 м/с; с учетом пылевого фактора / 35 , 0 с м V 5 ДW Q 74 ; где Д - общий дебит радона в систему проветри- ваемых выработок, атом/с; W - общий объем проветриваемых вы- работок, м 3 6 N Q 113 , 0 ; где: 0,113- минимально допустимое количество воз- духа на кВт мощности ДВС, м 3 /с; N - суммарная мощность рабо- тающих ДВС, кВт *для нагнетательного способа проветривания необходимое количест- во воздуха q может быть определено по формуле В.Н.Воронина 3 2 у 2 b 60 25 , 2 K AW t q ; 155 *при всасывающем способе проветривания при максимальном удале- нии конца вентиляционных труб S 5 , 0 величина q может быть определе- на по формуле А.И. Ксенофонтовой S A AbS t q 15 60 13 , 2 ; *при комбинированном способе проветривания для оценки значения q используется формула В.Н. Воронина 2 2 60 3 , 2 L AbS t q , где t время проветривания, мин; A - количество одновременно взрываемого ВВ, кг; SL W - объем проветриваемой выработки, м 3 ; b - га- зовость ВВ: b = 40 л/кг- при взрывании по породам; b =100 л/кг – при взры- вании по углю; у К - коэффициент утечек воздуха в трубах; - коэффици- ент обводненности ( =0,3 – для горных выработок, проводимых по водо- носным породам; =0,6 – для горных выработок, проводимых по влажным породам; =0,8 – для горных выработок, проводимых по сухим породам); L – расстояние от забоя до перемычки или конца всасывающего трубопро- вода, м. Для определения коэффициентов утечек воздуха гибких трубопрово- дов ( у К ) диаметром до 600 мм при длине звена 20 м, и для трубопроводов диаметром 700-1200 мм при длине звена 10 м можно использовать графиче- ские зависимости, предложенные, соответственно на рис. 2.156 и 2.157. Рис. 2.156. Графическая зависимость для определения утечек воздуха гибких трубопроводов диаметром до 600 мм при длине звена 20 м Рис. 2.157. Графическая зависимость для определения утечек воздуха гиб- ких трубопроводов диаметром 700- 1200 мм при длине звена 10 м 156 Для металлических трубопроводов коэффициент утечек воздуха под- считывается по формуле 2 1 1 0 3 1 R L L d K K зв T T c y , где Т L - длина трубопровода, м; Т d – диаметр трубопровода, м; с K - удельный стыковой коэффициент воздухопроницаемости; зв L - длина звена, м; R - аэродинамическое сопротивление, Нс 2 /м 8 . 5 5 , 6 T T d L R , где – коэффициент аэродинамических сопротивлений металличе- ских труб (рис. 2.158). При использовании старых труб коэффициент повы- шается на 25%, при использовании новых и гладких труб – снижается на 25%. Коэффициент с K зависит от качества сборки трубопровода: удовле- творительное с допустимыми утечками воздуха c K =0,002-0,005; хорошее с незначительными утечками воз- духа - c K =0,001-0,002; удовле- творительное качество сборки допускается при длине трубо- провода до 450 м; c K =0,003 при уплотнении стыков с помощью прокладок из пенькового каната и промасленного картона; c K =0,0006 – при уплотнении с помощью резиновых прокладок и качественной сборке. Выбор вентиляционной установки местного проветривания. Из определенного расчетным путем необходимого количества воздуха (по факторам 1-6) (табл. 2.11) выбирается максимальное значение ( з Q ). В соответствии с правилами безопасности воздухопотребность дей- ствующих выработок должна быть увеличена в 1,43 раза - з п Q Q 43 , 1 Необходимая производительность вентилятора определяется из вы- ражения п у в Q К Q , м 3 /с Рис. 2.158. Зависимость величины от диаметра труб 157 Депрессия вентилятора Па Н в , рассчитывается по формуле д м с в Н Н Н Н , где 2 RQ К Н у с - статическая составляющая депрессии; с м Н Н 2 , 0 - местные потери давления; g V Н T д 2 2 - динамическая составляющая потерь давления; 12 Н/м 3 - удельный вес воздуха. По расчетным вентиляционным параметрам в Н и в Q подбирают ближайшие типоразмеры вентиляторов местного проветривания. Если в Н и в Q ниже необходимых параметров, то принимается более мощный вентилятор или трубопровод большего диаметра, так как с его уменьшением растет аэродинамическое сопротивление и, как следствие, возрастает расход электроэнергии. В практике геоло- горазведочных работ при- меняют совместное под- ключение вентиляторов местного проветривания. Подключение может быть последовательным и па- раллельным. Если вентилятор по в Н подобрать нельзя, то принимают к установке два или несколько венти- ляторов, работающих по- следовательно в одном металлическом трубопро- воде. При такой установке вентиляторы должны обеспечить расчетное в Q и в сумме давать давле- ние, равное в Н . Вентиля- торы рассредоточивают по длине трубопровода (рис. 2.159). Если для проветри- вания применяют гибкие прорезиненные трубы, то Рис. 2.159. Последовательное подключение вентиляторов Рис. 2.160. Каскадное расположение вентиляторов 158 вентиляторы устанавливают один за другим без разрывов со стороны све- жей струи воздуха - так называемое каскадное расположение вентиляторов (рис. 2.160). В этом случае вентиляторы должны иметь одинаковую произ- водительность в Q (подачу) и будут обеспечивать суммарную депрессию в Н (давление). При комбинированном способе проветривания двумя вентиляторами без перемычки количество воздуха в конце всасывающего трубопровода определяется по формуле А.И. Ксенофонтовой. После определения Q рас- считывается производительность всасывающего вентилятора вс Q в том же порядке, как и для нагне- тательного способа проветрива- ния. Подача нагнетательного вен- тилятора принимается с учетом соотношения вс н Q Q 8 , 0 Приближенно тип вентиля- тора может быть определен по рис. 2.161. |